地熱問答集
  • 甚麼是地熱?
    地球本身儲存有很多熱能,為一個巨大的散熱體,內部之溫度隨深度而增加。地熱形成機制有四大要素:
    1.熱源—熱能來自地球內部,通常在板塊的碰撞區或有岩漿入侵的區域。
    2.熱液—地底下的水經過熱岩石加熱後,具足夠的熱對流將熱能帶出,自地殼的斷層及裂縫處上升。
    3.蓋層—不透水層,阻擋熱散逸及熱液外流。
    4.地熱儲集層(geothermal reservoir)—具孔隙及滲透性的地下岩層,位於不透水岩層下方,可以儲存熱能,溫度最高可達350°C。
  • 地熱系統分類
  • 地熱資源之地質調查、開發步驟與發電利用
  • 加強型地熱系統 (EGS, Enhance Geothermal System)
  • NEP-II地熱主軸計畫之規劃時程?
    1.第二期能源國家型計畫(NEP-II)延續第一期之成果,盤點第一期所投入地熱潛能評估之成果,並配合國家能源政策以規劃後續執行方向。在規劃之初,考量我國電力缺口集中於北部地區,因此將本期地熱發展重心放在北部地區。
    2.地熱主軸計畫規劃(1)淺層傳統地熱(大屯火山地區)及(2)深層加強型地熱(宜蘭地區)來執行研究與開發。2018年目標希望能完成 3~5 MW傳統地熱發電廠,以及深層地熱先導發電廠的概念設計與建廠規劃。
    3.淺層地熱部分由於經濟部能源局已投入相關開發工作,尤其是清水和大屯火山群地熱區,因此持續由能源局目前歸屬於NEP-II之部會計畫執行,從事地熱發電可開發量重新評估,並著手淺層地熱區域的開發,並扶植地熱發電相關產業和規劃地熱源區的設立。
    4.深層地熱部分則由主軸項下之科技部學術計畫執行,專注於『加強型深層地熱發電系統(EGS)』之先期高風險研究;首先調查資料較為豐富的宜蘭平原地區,逐年進行宜蘭地區地質、地球物理及地球化學等基礎調查,並完成該地區地熱潛能評估報告及發電廠設計概念與建廠規劃。
    5.宜蘭地區地熱調查逐年執行一個區域的地質調查工作:2014三星-紅柴林、2015利澤-龍德、2016員山。經統整探勘數據並顯示有高潛力後,進而爭取啟動深鑽計畫,以取得現地實際數據來驗證。
  • 宜蘭紅柴林鑽井計畫相關問題
     1.為什麼選在宜蘭地區開發地熱? 
    (1)宜蘭地區位於沖繩海槽弧後擴張火成活動影響的範圍,擁有豐富的地熱資源;宜蘭近海的龜山島為火山島,是為明顯的指標。
    (2) 依據宜蘭平原區地熱相關地質資料之分析,推估宜蘭地區地熱潛能區分為三處:
         i.清水-牛鬥地區
         ii.三星北方之紅柴林地區
         iii.南段沿海的龍德及利澤工業區。(備註:清水地熱區已由工研院完成調查,將發展淺層地熱發電生產。)
     2.井場選址過程? 
    (1)奠基於NEP-I成果,瞭解宜蘭地區深部有足夠熱源,具發展潛力。經合併NEP-I及NEP-II第一年之成果,彙整地質、地球物理、地球化學、大地電磁等分析資料,顯示宜蘭三星-紅柴林地區最具深鑽開發潛力。
    (2) 主軸中心在104年2月辦理宜蘭三星地區地熱地質研討會,邀集各方地質專家討論出最適合之鑽井位置—紅柴林鑽井試驗場。
     3.鄰近區域之井深與溫度? 
    (1)根據NEP-II地熱研究報告,紅柴林一號井附近之耕莘井(深1,200公尺,井底溫度85°C),以及結元井(深1,500公尺,井底溫度91℃)來計算,紅柴林地區的地溫梯度是每百公尺4.4~5 °C,推估 2,500公尺的深井,井底溫度約 130 °C左右,有低估的可能。
    (2)增加另一口井之數據,為距耕莘井約200公尺的養鴨場內所鑽 550公尺深的井,溫度已達 81 °C,重新整合井溫量測數據與評估,推測 2,500公尺之井下溫度應有 150~160 °C。
     4.鑽井工程之設計與規劃? 
    (1)台灣中油公司擔任鑽井之負責單位,經驗豐富:台灣中油公司在世界各地皆有打井經驗,尤其在鑽鑿深井;而在地熱井鑽鑿經驗,民國65-76年間於本島已完成34口地熱井探勘,其中16口回饋地方政府,並於民國70-91年間,協助日本八丁原地熱鑽探16口。有優良的地熱鑽探實績。 本案為台灣首次探究深層地熱,預計鑽井深度達2500公尺,考量宜蘭地區的地層特性與鑽探工程的困難度,為維護施工安全與品質,評估由中油公司擔任鑽井之負責單位,望能藉由其在深井鑽探的雄厚經驗與技術,來克服可能遭遇的困境。
    (2) 套管封閉:使用4期套管設計,套管外以水泥加固;施工後試壓以確定品質,確保地層流體之阻隔效果。
    圖四、套管設計圖(由中油提供)
    (3)泥漿鑽井系統:台灣處於構造變化劇烈地帶,地層堅硬且皺褶多而破碎,尤其深層鑽井,若無合適的鑽井泥漿保護井壁,預期可能發生井塌或卡鑽等工程事故,因此泥漿鑽井系統為深層鑽井作業中最重要的系統。在鑽井過程中,形成泥壁,阻絕地層流體進入井孔。即鑽進過程中,泥漿不會流到地層,地層水也不會流入井孔。本公司泥漿系統,主要成份為搬土(黏土),為保持其良好性質,添加之穩定劑皆符合國際環保要求,並遵守國內相關法規。
    (4)廢棄物處理:中油公司鑽井工程隊依 ISO14001標準,執行環保計畫,鑽井前實施土壤氣體檢測,鑽井中廢水回收後循環使用,鑽井後鑽屑乾燥發包清運處理,使鑽井活動對環境的衝擊減至最低,並透過減廢工作降低汙染風險。
     5.水力壓裂法—加強型地熱系統 vs. 頁岩氣  
    (1)加強型地熱系統(EGS)不一定需要施以水力壓裂:經評估深層岩石裂隙或自湧水量足夠時,不需要使用水裂法。而當岩石裂隙不佳時,則利用高壓水去碎裂岩石,以增加岩體的通透性。其壓裂液僅使用水,沒有添加化學品。
    (2) 開採頁岩氣時所需壓裂液之成份包含水、砂及微量化學品,利用高壓將高黏度壓裂液注入油層,此高壓能將油層岩石壓開並產生裂隙,為保持裂隙處於張開狀態,壓裂液中的石英砂與微量化學物(1%)作為支撐作用,並將頁岩油及頁岩氣擠出油層,以此方法開採之。
     6.地熱鑽井是否會影響地下水層? 
    (1)宜蘭地區地下水源豐沛,依經濟部於101年2月8日公告『地下水管制區』,宜蘭縣地區之地下水管制區詳見水利署網站
    (2)經濟部地質調查所研究報告於103年12月提出『地下水補注地質敏感區劃定計畫書』,宜蘭平原地下水補注地質敏感區,係以蘭陽溪沖積扇扇頂區及支流羅東溪沖積扇扇頂區為主體,詳細行政區域請見附件
    (3)依地熱主軸計畫所規劃之三個地質調查區域:三星-紅柴林(三星鄉)位於地下水補注地質敏感區內;利澤-龍德(五結鄉)及員山(員山鄉)則位於地下水管制區內。而目前紅柴林深鑽試驗場則是位於地下水補注地質敏感區的邊緣上。
    (4)以三星地區為例:地下水一般是存在於未固結、較鬆散的礫石層中,過去在此區域的地質和地球物理調查、以及探勘井鑽探結果,顯示礫石層的深度位在300~500公尺(越往蘭陽溪上游越淺)。而三星地區地熱發電所取用的熱水深度較基盤岩深許多(1,500 公尺深以下),且淺於1,500公尺以上都會裝套管,以隔絕與地下水的連通,並不會取地下水或排熱水進入地下水層,無汙染地下水層之虞。
    (5)地下水管制辦法第四條『管制區內之鑿井,應依水利法第四十六條規定辦理。』,水利法第四十六條『興辦水利事業,關於下列建造物之建造、改造或拆除,應經主管機關之核准:一、防水之建造物。二、引水之建造物。三、蓄水之建造物。四、洩水之建造物。五、抽汲地下水之建造物。六、與水運有關之建造物。七、利用水力之建造物。八、其他水利建造物。』
    (6)地下水補注地質敏感區是依據地質法第八條『土地開發行為基地有全部或一部位於地質敏感區內者,應於申請土地開發前,進行基地地質調查及地質安全評估。』,其說明無限制或禁止土地開發,且不表示一定不可能通過環評;重點在於應依相關法令規定辦理排放水與廢棄物處理,避免汙染地下水補注水質及保有一定比例的土地透水面積,以免影響地下水補注水量。
    (7)依據以上法規及辦法,雖無明確規範地熱開發利用之鑿井辦法,但主軸中心與研究執行團隊於規劃紅柴林鑽井案時,已將鑽井工法及環境調查列入計畫內之重點項目:鑽井工法如上述,井孔下套管封閉隔絕地層與井之間,僅於深處目標地層開孔;環境調查則委託宜蘭縣環保局,並簽立『環境差異調查代辦協議書』,請該局對於未來電廠設立時所需的環評項目,於本計畫深層地熱鑽井工程前後,調查各項環境因子參數,建立鑽井前後的數據資料庫,藉以提供未來環境評估的參考。
     7.為何不持續開發宜蘭清水地區之地熱? 
    (1)主軸中心規劃分為兩部分,淺層地熱系統之重點區域於大屯火山地區,由經濟部能源局投入地熱開發調查,工研院執行地熱資源特性調查、改善酸腐蝕問題、進行地質鑽探及合適發電系統試驗。而深層地熱系統之重點區域於宜蘭地區,由主軸項下計畫執行,彙整地震層析成像、空中磁測、大地電磁法、溫泉水中的地球化學等各項調查資料,顯示三星地區之地底熱源分佈位置,進而籌劃地熱深部鑽探計畫。
    (2)宜蘭清水地區之地熱示範電廠為傳統(淺層)地熱系統,過去因管線結垢問題而廢廠;後續由工研院接管,針對結垢問題研發相關技術並持續改善中,近期已有初步成果。此外,宜蘭縣政府於2012年以「清水地熱發電ROT案」提出招商,整建廢棄舊電廠後營運再移轉。當年年底由噶瑪蘭清水公司得標,花費約一年時間修復電廠,截至2013年11月,完成一個月不停機的長時運轉,累積運轉900小時,累積發電量4萬2千度。
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